CN111014280A - 一种细菌-蒙脱石复合物修复镉污染土壤的方法 - Google Patents

一种细菌-蒙脱石复合物修复镉污染土壤的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种细菌‑蒙脱石复合物修复镉污染土壤的方法，步骤为：1)取事先培养好的枯草芽孢杆菌菌液逐滴注入蒙脱石悬浊液中，混匀后反应制得细菌‑蒙脱石复合物混合液，其中枯草芽孢杆菌与蒙脱石质量比为0.4～0.6:50；2)将水和步骤1)得到的细菌‑蒙脱石复合物混合液分别加入镉污染的土壤中，修复处理7天以上即可。该方法可显著降低土壤中镉的生物有效性，具有优异的土壤镉污染钝化性能，且细菌‑蒙脱石复合物环境友好，不影响土壤理化性质，不会造成二次污染，并能增加土壤有机质与养分，其经济与生态效益显著。

Description

一种细菌-蒙脱石复合物修复镉污染土壤的方法
技术领域
本发明属于土壤改良技术领域，具体涉及一种细菌-蒙脱石复合物修复镉污染土壤的方法。
背景技术
土壤是人类赖以生存和社会可持续发展的重要资源，清洁健康的土壤是保障农产品质量和人居住环境安全的基础。然而，随着工农业的发展，在生产过程中，伴随着废水废渣的任意排放、污水灌溉以及农药化肥的大量使用等行为，超过环境承载量的重金属进入到土壤环境中，造成了土壤重金属污染这一严峻而棘手的环境问题。这其中，镉作为一种高毒性元素，严重危害生态环境与人体健康。土壤中的镉极易被植物吸收，进而通过食物链在人体内富集，影响人体肾脏和肝脏的正常功能，对生殖系统、免疫系统、心血管系统等亦有损害。因而，镉作为一种较强致癌、致畸和致突变的重金属受到国内外研究人员的广泛关注。
现行的土壤重金属污染钝化修复技术可以概括为三大类：物理修复、化学修复和生物修复。物理修复是指通过各种物理手段将目标土壤中的污染物浓度降低至可接受范围的技术，包括深耕法、排土法和客土法等；化学修复是指通过向重金属污染土壤中添加改良剂、钝化剂来调节和改变土壤的理化性质，使重金属发生沉淀、吸附、拮抗和氧化还原等化学反应，降低其生物有效性的技术，包括改良剂或钝化修复剂法、化学淋洗法等。但物理、化学修复技术都存在难以逾越的局限性。工程量大、成本高以及对土壤原有物理化学性质扰动大的缺点限制了这些方法的大面积应用。针对物理和化学修复技术的局限性，人们建立了利用植物、动物、微生物的生理代谢活动来钝化重金属污染的生物修复技术。这其中，植物和动物修复技术的周期较长，耐受性差，效果有限。相较之下，微生物技术是一种更为高效安全的修复途径，实际应用中常将微生物与植物或化学钝化剂联合使用，更好地吸收和转化土壤中的重金属污染物。然而，植物-微生物联用也会受到植物生长周期的限制，无机钝化剂-微生物联用则会由于钝化剂的投入造成二次污染，甚或影响土壤的原生理化性质，这些不足限制了微生物修复技术的进一步使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种细菌-蒙脱石复合物修复镉污染土壤的方法，该方法可显著降低土壤中镉的生物有效性，具有优异的土壤镉污染钝化性能，且细菌-蒙脱石复合物环境友好，不影响土壤理化性质，不会造成二次污染，并能增加土壤有机质与养分，其经济与生态效益显著。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种细菌-蒙脱石复合物修复镉污染土壤的方法，具体包括以下步骤：
1)取事先培养好的枯草芽孢杆菌菌液逐滴注入蒙脱石悬浊液中，混匀后反应制得细菌-蒙脱石复合物混合液，其中枯草芽孢杆菌与蒙脱石质量比为0.4～0.6:50；
2)将水和步骤1)得到的细菌-蒙脱石复合物混合液分别加入镉污染的土壤中，修复处理7天以上即可。
按上述方案，枯草芽孢杆菌菌液的培养方法为：在室温下将预先从活性污泥中分离得到的枯草芽孢杆菌菌种接种到LB培养液进行扩大培养至对数生长期，
按上述方案，步骤1)中反应条件为：pH为5～6，转速为100～200rpm，室温搅拌均匀。
按上述方案，步骤1)中培养得到的枯草芽孢杆菌菌液浓度为0.1～0.2g/L；蒙脱石悬浊液浓度为0.8～1.2g/L。
按上述方案，步骤1)中细菌-蒙脱石复合物混合液与土壤的体积质量比不高于1:4mL/g。
按上述方案，步骤2)中镉污染的土壤中镉的浓度为1～10mg/kg。
按上述方案，步骤2)中水和细菌-蒙脱石复合物混合液的初始体积比为0.8～1.2。
按上述方案，步骤2)中修复处理过程中，每隔2～3天补一次水。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明提供的细菌-蒙脱石复合物修复镉污染土壤的方法可显著降低土壤中镉的生物有效性，对重金属离子镉具有极好的固定功能，具有优异的土壤镉污染钝化性能，修复处理完成后无需除去细菌-蒙脱石复合物，不会造成二次污染，修复过程简单方便，原料廉价易得，修复成本低，环境友好。
(2)细菌-蒙脱石复合物成分简单，细菌和蒙脱石均在自然界中广泛存在，环境友好，细菌-蒙脱石复合物继续留在土壤中不影响土壤理化性质；而细菌与蒙脱石矿物伴生的过程中，表面分泌的细菌胞外聚合物(EPS)是易于生物利用的碳源，还能增加土壤有机质与养分，具有显著的经济与生态效益。
具体实施方式
下面以具体实施例来对本发明作进一步地描述。
实施例1
一种细菌-蒙脱石复合物修复镉污染土壤的方法，具体包括以下步骤：
(1)钝化剂制备：称取50mg蒙脱石分散于50mL水中，取事先培养好的菌液3.3mL投加于蒙脱石悬浮液中，调pH为5.5，在室温以150rpm速度搅拌均匀得细菌-蒙脱石复合物土壤镉钝化剂，其中枯草芽孢杆菌与蒙脱石质量比为0.5:50。
(2)污染土壤制备：取过2mm筛土壤若干，加入20mL Cd(NO3)2·4H2O水溶液，充分混匀，使Cd处理浓度为10mg/kg。在室温条件下风干，老化7d后过2mm筛，制得镉污染土壤样品。
(3)效果监测。
空白组：准确称取上述污染土壤10g置于250mL锥形瓶中，将土壤样品平铺于锥形瓶底部，在正中央缓慢滴加水5.0mL，封口称重，放入恒温培养箱培养，每三天补水约3mL，7d后进行土壤中Cd的四态提取分析；
实验组：土壤培养的处理方式同上，初始时加入2.5mL水和2.5mL 0.5：50的细菌-蒙脱石复合物土壤镉钝化剂，7d后进行土壤中Cd的四态提取分析，判断吸附效果，结果如表1所示。
表1细菌-蒙脱石复合物修复处理前后土壤中镉的形态变化
Figure BDA0002340585640000031
*残渣态由于设备原因无法测出
镉在土壤中的生物有效性大小依次为：弱酸态＞还原态＞氧化态＞残渣态。从表1中可以看出，对于空白组，镉各种赋存形态的浓度几乎相等，经过实施例1所述方法的修复处理，可以看到细菌-蒙脱石复合体不仅将一部分弱酸态和还原态的镉转化为残渣态镉，而且大幅度降低了氧化态镉的浓度，显著地降低了土壤中镉的生物有效性，显示了其优异的土壤镉污染钝化性能。
对比例1
(1)钝化剂制备：称取50mg蒙脱石分散于50mL水中，取事先培养好的菌液6.7mL投加于蒙脱石悬浮液中，调pH为5.5，在室温以150rpm速度搅拌均匀得细菌-蒙脱石复合物土壤镉钝化剂，其中枯草芽孢杆菌与蒙脱石质量比为1:50。
(2)污染土壤制备：取过2mm筛土壤若干，加入20mL Cd(NO3)2·4H2O水溶液，充分混匀，使Cd处理浓度为10mg/kg。在室温条件下风干，老化7d后过2mm筛，制得镉污染土壤样品。
(3)效果监测。
空白组：准确称取上述污染土壤10g置于250mL锥形瓶中，将土壤样品平铺于锥形瓶底部，在正中央缓慢滴加水5.0mL，封口称重，放入恒温培养箱培养，每三天补水约3mL，7d后进行土壤中Cd的四态提取分析；
实验组：土壤培养的处理方式同上，初始时加入2.5mL水和2.5mL 1：50的细菌-蒙脱石复合物土壤镉钝化剂，7d后进行土壤中Cd的四态提取分析，判断吸附效果，结果如表2所示。
表2细菌-蒙脱石复合物修复处理前后土壤中镉的形态变化
Figure BDA0002340585640000041
*残渣态由于设备原因无法测出。
对比例2
(1)钝化剂制备：称取50mg蒙脱石分散于50mL水中，取事先培养好的菌液33.3mL投加于蒙脱石悬浮液中，调pH为5.5，在室温以150rpm速度搅拌均匀得细菌-蒙脱石复合物土壤镉钝化剂，其中枯草芽孢杆菌与蒙脱石质量比为5:50。
(2)污染土壤制备：取过2mm筛土壤若干，加入20mL Cd(NO3)2·4H2O水溶液，充分混匀，使Cd处理浓度为10mg/kg。在室温条件下风干，老化7d后过2mm筛，制得镉污染土壤样品。
(3)效果监测。
空白组：准确称取上述污染土壤10g置于250mL锥形瓶中，将土壤样品平铺于锥形瓶底部，在正中央缓慢滴加水5.0mL，封口称重，放入恒温培养箱培养，每三天补水约3mL，7d后进行土壤中Cd的四态提取分析；
实验组：土壤培养的处理方式同上，初始时加入2.5mL水和2.5mL 5：50的细菌-蒙脱石复合物土壤镉钝化剂，7d后进行土壤中Cd的四态提取分析，判断吸附效果，结果如表3所示。
表3细菌-蒙脱石复合物修复处理前后土壤中镉的形态变化
Figure BDA0002340585640000051
*残渣态由于设备原因无法测出。
应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种细菌-蒙脱石复合物修复镉污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)取事先培养好的枯草芽孢杆菌菌液逐滴注入蒙脱石悬浊液中，混匀后反应制得细菌-蒙脱石复合物混合液，其中枯草芽孢杆菌与蒙脱石质量比为0.4～0.6:50；
2)将水和步骤1)得到的细菌-蒙脱石复合物混合液分别加入镉污染的土壤中，修复处理7天以上即可。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述枯草芽孢杆菌菌液的培养方法为：在室温下将预先从活性污泥中分离得到的枯草芽孢杆菌菌种接种到LB培养液进行扩大培养至对数生长期。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中培养得到的枯草芽孢杆菌菌液浓度为0.1～0.2g/L；蒙脱石悬浊液浓度为0.8～1.2g/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中细菌-蒙脱石复合物混合液与土壤的体积质量比不高于1:4mL/g。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中镉污染的土壤中镉的浓度为1～10mg/kg。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中水和细菌-蒙脱石复合物混合液的初始体积比为0.8～1.2。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中反应条件为：pH为5～6，转速为100～200rpm，室温搅拌均匀。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中修复处理过程中，每隔2～3天补一次水。
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